JP2013019507A - シール材 - Google Patents

Abstract

【課題】シール材の剛性が必要以上に高くなることを防止し、切削性に優れたシール材。
【解決手段】長さ方向に連続的に折り曲げられた複数の波形薄板２を、波形薄板に間欠的に配置された接触部３を介して重ね合わせて空所と隔壁よりなる蜂の巣状の小室区画構造をもった板状体をなし、基材１０側に対して固定されることで、基材と基材に対して相対的に移動する回転体との間をシールするシール材１であって、波形薄板２には、接触部３における波形薄板２同士の接触を不連続にする変形部４が形成されたシール材１。
【選択図】図２

Description

本発明は、シール材に係り、特に基材側に対して固定されることで、基材とこの基材に対して相対的に移動する回転体との間の隙間をシールするシール材に関する。

周知のように、ガスタービンのうち燃焼ガスのエネルギーでロータを回転させるタービンにおいては、ケーシング内周部において静翼が周方向に配列された静翼列と、ロータ外周部において動翼が周方向に配列された動翼列とが軸方向に交互に配設された環状の流路が構成されている。そして、燃焼ガスが静翼列と動翼列とを順に通過していくことで、動翼列を通過する作動流体がロータに回転力を付与するようになっている。

このようなガスタービンにおいては、動翼列及び静翼列が配設された環状の流路以外に作動流体が漏流しないように、例えば、各動翼の先端において周方向に延びるチップシュラウドとケーシングとの隙間をシールするように、ケーシングのうちチップシュラウドに対向する部分にシール材を配設したものがある。

このシール材としては、特許文献１に示されるような板状構造物が知られている。例えば、図６に示すように、シール材１０１は、基材１１０の上面に熱処理したろう材１１１により固定されるハニカム構造体である。

図７に示すように、シール材１０１は、プレス加工により凹凸が交互に形成された薄肉の波形薄板１０２を、凸部同士が密着するようにスポット溶接で仮付けすることで六角形ハニカム形状を形成し、シール材１０１を、上述した図６に示されるように、ろう材１１１を介して基材１１０上に貼り付けることで、シール構造体を構成するものである。

このシール材１０１は、良好な被削性（削られ易さ）を有するように形成されており、例えば動翼が何らかの原因（熱膨張など）によって接触した場合でも、自らの表面が削られることで接触による損傷を防止している。一方、シール材１０１と基材１１０との間のろう材１１１が、波形薄板１０２が合わさった隙間部分５にも毛細管現象により侵入することで、ろう付け部付近の剛性が確保されるようになっている。

特開平１１−４４２０１号公報

ところで、上記のようなシール材１０１では、図８に示すように、毛細管現象により、ろう材１１が隙間部分５に基材１０側とは反対側の端部まで達することによって、必要以上に、シール材１０１の剛性が高くなることがある。このように、シール材１０１の剛性が高くなると、波形薄板１０２の被切削性が低下し、例えば動翼と接触した際に、動翼を傷付けるという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、シール材の剛性が必要以上に高くなることを防止し、切削性に優れたシール材を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係るシール材は、長さ方向に連続的に折り曲げられた複数の波形薄板を、前記波形薄板に間欠的に配置された接触部を介して重ね合わせて空所と隔壁よりなる蜂の巣状の小室区画構造をもった板状体をなし、基材側に対して固定されることで、該基材と該基材に対して相対的に移動する回転体との間をシールするシール材であって、前記波形薄板には、前記接触部における前記波形薄板同士の接触を不連続にする変形部が形成されたことを特徴とする。

上記構成によれば、シール材を基材にろう材を介して固定し、ろう材が毛細管現象により接触部間の隙間に侵入する際、ろう材が波形薄板の変形部に侵入することによってろう材が隙間をそれ以上侵入することがなくなるため、シール材の剛性が必要以上に高くなることが防止され、切削性に優れたシール材を提供することができる。

また、前記変形部は、重ね合わされた前記波形薄板の少なくとも一方を貫通するスリットであることが好ましい。
上記構成によれば、接触部間の隙間に侵入するろう材が変形部に侵入しやすくなるため、シール材の剛性をより防止することができる。また、スリットによっても、シール材の剛性が低下するため、切削性をより向上させることができる。

また、前記スリットは、前記接触部の前記長さ方向に亘って形成されていることが好ましい。
上記構成によれば、接触部のより広範囲にスリットが形成されるため、接触部間の隙間に侵入するろう材の量をより低減することができる。

本発明によれば、シール材を基材にろう材を介して固定し、ろう材が毛細管現象により接触部間の隙間に侵入する際、ろう材が波形薄板の変形部に侵入することによってろう材が隙間をそれ以上侵入することがなくなるため、シール材の剛性が必要以上に高くなることが防止され、切削性に優れたシール材を提供することができる。これにより、基材に対して相対的に移動する回転体の損傷を防止することができる。

本発明の各実施形態に係るガスタービンの要部の拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係るシール材の斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第一実施形態の別形態に係るシール材の斜視図である。 本発明の第二実施形態に係るシール材の斜視図である。 従来のシール材の斜視図である。 従来のシール材の平面図である。 図６のＢ−Ｂ断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態のシール材１が適用されるガスタービンのタービン２０の要部を示す拡大断面図であり、シール材１の設置箇所を説明する図である。
タービン２０は、タービン２０の外部と内部とを区画するケーシング２１と、ケーシング２１を挿通するロータ２２と、ケーシング２１内に軸方向に交互に配設された複数の静翼列２３及び複数の動翼列２４とを備えている。

ロータ２２は、タービン２０を挿通した状態で回動可能に支持されており、それぞれ円盤状に形成されると共に軸方向に積層されたロータディスク２５Ａ〜２５Ｄを有している。

各静翼列２３は、ケーシング２１の内周部において周方向に複数の静翼２６が配列されて構成されている。各静翼列２３における静翼２６は、それぞれケーシング２１側からロータ２２側に向けて延びており、ロータ２２側における各先端が周方向に延びる静翼保持環２７で連結されている。

各動翼列２４は、ロータディスク２５Ａ〜２５Ｄの各外周部において周方向に複数の動翼２８が配列されて構成されている。動翼列２４における各動翼２８は、ロータ２２側からケーシング２１側に向けて延びており、ロータ２２側における基端に周方向に延びる動翼プラットフォーム２９と、ケーシング２１側における先端に周方向に延びるチップシュラウド３０とを備えている。各動翼列２４において、動翼２８の動翼プラットフォーム２９及びチップシュラウド３０は、全体として環状に連続している。

上記構成からなるタービン２０は、図１に示すように、環状に連続した複数のチップシュラウド３０とケーシング２１側との径方向の隙間、ロータ２２の軸方向において重ねられた静翼保持環２７の端部と動翼プラットフォーム２９の端部との径方向の隙間、及び、静翼保持環２７の先端とロータディスク２５Ａ〜２５Ｄとの径方向の隙間に設けられたシール材１を有している。

次に、本実施形態のシール材１について説明する。なお、以下の説明においては、シール材１が取り付けられる部位を平面の基材１０として説明するが、上述したように、タービン２０の各隙間にシール材１が取り付けられる場合、基材１０に相当する部分（例えば静翼保持環２７）は曲面となる。

図２は、本実施形態のシール材１の斜視図である。なお、以下では、基材１０の平面に直交する方向を上下方向とし、シール材１においては、基材１０側を下方、基材１０より離間する方向を上方として説明する。

図２に示すように、シール材１は、基材１０の上面にろう付けにより固定されている。シール材１は、プレス加工により凹凸が交互に形成された薄板である複数の波形薄板２から形成されている。波形薄板２は、長尺の長方形状をなしており、長さ方向に等間隔で連続して折り曲げられた形状を有している。折り曲げ方向は隣り合う曲げ部で反対とされている。

シール材１は、上述したような形状の複数の波形薄板２の長手方向に沿う面同士が密着するようにスポット溶接によって貼り合わせたもので、所謂ハニカム構造の板部材である。波形薄板２同士は、接触面３においてスポット溶接により貼り合わせられている。これにより、シール材１には平面視において蜂の巣状の複数のセル６が画定されている。

上述したように、波形薄板２同士は接触面３において張り合わせられているが、スポット溶接による溶着部を除いては、各波形薄板２同士の接触面３間に隙間５を有している。
なお、シール性を発揮する方向は、波形薄板２の延在方向と直交している。また、基材１０に対して相対的に移動する回転体との間の隙間をシールする場合、回転体と波形薄板２の延在方向は平行となる。

シール材１の各接触面３には、波形薄板２の延在方向に沿うスリット４が形成されている。スリット４は、貼り合わせられた２枚の接触面３を貫通して形成されている。図３に示すように、隙間５の間隔をＧとすると、スリット４が形成されている箇所においては、隙間５の上下方向における間隔Ｇの連続性が断たれる。言い換えれば、スリット４によって、波形薄板２同士の接触状態を不連続にされている。
また、スリット４は、波形薄板２の延在方向に直交する幅方向の略中央に形成されている。

上記実施形態によれば、図３に示すように、毛細管現象でろう材１１が接触面３と接触面３との間の隙間５に侵入した場合においても、ろう材がスリット４より上方に上がるのを低減することができる。これにより、シール材１の剛性が必要以上に高くなることを防止することができ、切削性に優れたシール材１を提供することができる。
また、スリット４によっても、シール材１の剛性が低下するため、切削性をより向上させることができる。

なお、上記実施形態において、スリット４の長さは、要求されるシール材１の長さ、ろう材１１の隙間５への侵入の度合いなどに応じて変更することができる。例えば、図４に示すように、スリット４Ａの長さを接触面３の長手方向の長さと同じか、やや長い長さにしてもよい。
スリット４Ａをこのような長さとすることによって、接触面３のより広範囲にスリット４Ａが形成されるため、隙間５に侵入するろう材１１の量をより低減することができる。

さらに、上記実施形態において、スリット４の幅方向の位置は、要求されるシール材１の剛性に応じて変更することができる。例えば、スリット４をより上方に形成した場合、ろう材がより上方まで侵入するため、シール材１の剛性はより高くなる。

以下、シール材の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図５は、本実施形態に係るシール材１Ｂを示す斜視図である。なお、本実施形態では、上述した第１実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

図５に示すように、第二の実施形態のシール材１Ｂの波形薄板２Ｂは、波形薄板２Ｂの延在方向に直交する幅方向において二分割されている。具体的には、より幅の狭い波形薄板２Ｂを幅方向の端部でスポット溶接により溶着することによって形成されている。

また、スリット４Ｂは、幅方向で溶着される２つの波形薄板２Ｂを跨いで形成されている。ただし、スリット４Ｂの位置はこの形態に限ることはなく、やや上方に形成することによって、片方の波形薄板２Ｂのみに形成してもよいし、さらに上方に形成することによって、片方の波形薄板２Ｂの幅方向における略中央に形成してもよい。

上記実施形態によれば、毛細管現象でろう材１１が隙間５に侵入した場合において、ろう材１１が、スリット４Ｂのみならず、波形薄板２Ｂ同士の幅方向の接合部に侵入することによって、ろう材がスリット４Ｂより上方に上がるのをより低減することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、スリットは、波形薄板の延在方向に長い長方形状に限ることはなく、隙間の上下方向における間隔の連続性を断つことができればよい。例えば、波形薄板の延在方向に長い楕円形状としてもよい。

また、上記各実施形態において、スリットは、溶着し合う２つの接触面を貫通するように形成さているが、２つの接触面のうち、片方の接触面にのみ、スリットを形成してもよい。

また、スリットは必ずしも貫通している必要はなく、スリットを形成することによって、剛性に不足が生じる場合などは、接触面同士が相対向する側に形成される凹部としてもよい。
さらに、上記各実施形態において、スリットは接触面において１つ形成する形態としたが、スリットの数はこれに限定されず、２つのスリットを波形薄板の延在方向に並べる形態としてもよい。

１…シール材、２…波形薄板、３…接触面（接触部）、４…スリット（変形部）、１０…基材。

Claims (3)

1. 長さ方向に連続的に折り曲げられた複数の波形薄板を、前記波形薄板に間欠的に配置された接触部を介して重ね合わせて空所と隔壁よりなる蜂の巣状の小室区画構造をもった板状体をなし、基材側に対して固定されることで、該基材と該基材に対して相対的に移動する回転体との間をシールするシール材であって、
   前記波形薄板には、前記接触部における前記波形薄板同士の接触を不連続にする変形部が形成されたことを特徴とするシール材。
2. 前記変形部は、重ね合わされた前記波形薄板の少なくとも一方を貫通するスリットであることを特徴とする請求項１に記載のシール材。
3. 前記スリットは、前記接触部の前記長さ方向に亘って形成されていることを特徴とする請求項２に記載のシール材。

Images